Efectul de clopot

[cirip]

Va salut,

 

Ca sa fie treaba mai intuitiva, iata si cateva exemple audio.

Am inregistrat niscai telegrafie de pe un websdr, apoi am filtrat cu benzi de trecere de 500, 150 si 20Hz. Efectul este destul de perceptibil, mai ales la filtrul cu largimea de banda de 20Hz.

 

Fisierul original receptionat cu o banda de trecere de 2400Hz.

morse_original_2400Hz.mp3

 

Acelasi semnal trecut printr-un filtru de 500Hz largime de banda.

morse_500Hz.mp3

 

Filtrat cu 150Hz largime de banda

morse_150Hz.mp3

 

Filtrat cu 20Hz largime de banda

morse_20Hz.mp3

 

Sper sa mearga descarcarea fisierelor audio. Eu am testat si se descarca, dar trebuie sa fiu logat in sait.

 

 

 

Editat August 29, 2020 de cirip

[Vizitator]

Multumesc la toata lumea pentru explicatii.

 

-----------------------

 

Exemplele cu filtrul aplicat la sunete din trafic cred ca explica mai bine ca orice de ce i se zice "efect de clopot".  Zilele trecute am incercat la repezeala ceva asemanator, ca eram curios sa aud cum suna si nimeni nu punea exemple audio.

 

Am deschis Audacity (editor de sunet, clasic pentru Linux, merge si pe Windows), am deschis wikipedia la pagina cu morse code, si am inregistrat cu Audacity sunetul de telegrafie dintr-un exemplu de telegrafie de acolo.  Pe urma, am aplicat un filtru trece banda cat mai dreptunghiular, si intr-adevar apareau niste efecte deranjante, ca niste ecouri sau reverberatii, nu stiu cum sa le descriu.  Cam la fel cum se aude si in fisierele de mai sus.

 

Totusi, ecourile din Audacity nu erau chiar asa enervante la inceput, pentru ca semnalul de telegrafie pe care l-am luat de pe wikipedia era curat, fara zgomote.  Cand exista si alte sunete sau zgomot de fond, efectul de clopot devine mult mai deranjant.

 

Am facut si o incercare cu filtrul pus pe o inregistrare vocala.  Devine foarte amuzant efectul cand filtrul are banda mult mai inguste decat vocea.  Suna ca o pisica care miauna din fundul cazanului de tuica, da' din ala de calitate, nu din alama. 

 

Am cautat chiar si filmulete pe youtube, cu inregistrari din trafic, poate poate oi gasi un exemplu clar, cu e cu efect si fara, ca sa aud cat de rau e in viata reala.  N-am gasit exemple clare.

 

Pe urma am generat pink noise si am mixat in Audacity semnalul curat de telegrafie cu zgomotul roz, dupa care le-am trecut prin filtru.  Zgomotul face ca efectul de clopot sa fie si mai daunator cand semnalul util e inecat in zgomot.  Ar fi fost interesant de stiut ce fel de filtru foloseste Audacity, dar n-am mai sapat in directia asta pentru ca oricum nu stiam cum ar trebui sa se auda efectul pe viu.

 

Acum stiu, mersi de fisierele audio atasate.

 

-----------------------

 

Cred ca am inteles de la ce vine reverberatia din sunet.  De la faptul ca un semnal dreptunghiular are spectrul de forma sin(x)/x, si vice-versa, un filtru dreptunghiular (brickwall) are impulse response de forma sinc(x).  Cred ca asta e explicatia, dupa ce mi s-a spus ca efectul de clopot e de fapt un ringing, si ca este acelasi fenomen care produce erori de interferenta intersimbol la transmisiile de date (digitale).

 

Urmatoarea intrebare care imi sta pe limba este:  Atunci de ce nu se folosesc filtre cu raspuns gaussian in loc de brickwall?

 

Am citit de curand un service manual mai vechi, de la Tektronix, din perioada cand service manualele explicau si principiile de functionare.  Ma interesa despre amplificatoare cu raspuns gaussian, pentru ca au proprietatea ca nu creeaza overshoot sau ringing, si imi trebuia ceva similar la un cu totul alt proiect.  Teoretic nu se poate implementa un filtru gaussian, dar practic se poate aproxima cu filtre RC succesive, sau cel putin asa facea Tektronix.

 

(acolo exemplul era la un filtru trece jos, dar nu vad de ce n-ar merge facut aceeasi aproximare RC si pentru un filtru trece banda, intuitia spune ca proprietatile unui filtru de tip trece banda cu raspuns gaussian ar trebui sa pastreze proprietatea de no overshoot si no ringing, la fel ca si un filtru trece jos cu raspuns gaussian (cum e aici ampliful unui Tektronix analogic).  Paranteza in paranteza in paranteza, forma de clopot gaussian se pastreaza si la trecerea din domeniul timp in domeniul frecventa, mai fitos spus, e eigenfunction, mai pe romaneste isi pastreaza forma la transformarea din domeniul timp in domeniul frecventa, si viceversa)

 

(ca fapt divers, tot din cauza raspunsului gaussian apare si formula magica, cum ca banda osciloscopului e 0.35/timpul de crestere, asa explica manualul de service de la Tektronix.  Osciloscoapele digitale nu prea mai respecta vechea formula, nu mai au nevoie neaparat de amplif cu raspuns gaussian pentru ca se poate corecta raspunsul amplificatorului dupa esantionare, in digital.)

 

Prin urmare (cel putin teoretic) un filtru trece banda cu raspuns gaussian ar trebui sa nu produca artefacte de tip "efect de clopot", nu?  Atunci, de ce nu se foloseste un filtru trece banda cu raspuns Gaussian, si in schimb se foloseste trece banda dreptunghiular?  (Vreau sa incerc odata sa vad cum suna la ureche cele doua tipuri de filtre, comparate.  Trebuie sa fie ceva inconvenient la cel gaussian, altfel n-ar mai folosi nimeni brickwall, dar nu ma prind care ar fi inconvenientul).

 

No, am cautat si-am gasit iar manualul de la Tektronix de care ziceam, pen' cine-i curios:

https://www.radiomuseum.org/forumdata/users/4767/file/Tektronix_VerticalAmplifierCircuits_Part1.pdf

Explicatiile (intuitive) despre amplificatorul cu raspuns gaussian incep cam de pe la pagina 20.  Explica fain, aduce aminte de stilul lui w2aew .  Undeva in ultimii 50 de ani s-a pierdut stilul asta de explicatii simple, clare si intuitive, care sa spuna exact cat trebuie, si exact ce e important de stiut, fara sa te bage-n ceata cu fineturi irelevante.

 

Scuze de atata batut campii.

 

---------------------

 

Intrebarea ramane.  Daca filtrul dreptunghiular suna rau la ureche (si incurca si la transmisiile de date), atunci de ce nu foloseste toata lumea doar filtre trece banda cu raspuns de forma clopotului lui Gauss?  Teoretic clopotul poate fi subtiat oricat, deci nu cred ca dificultatea obtinerii unei benzi suficient de inguste ar fi motivul.

¯\_(ツ)_/¯
 

[franzm]

Cartea întreaga (literatura preferata al lui . Corneliu, pentru cine si-l mai aminteste) se gaseste aici.

Editat August 31, 2020 de franzm

[Vizitator]

Acum 23 ore, RoGeorge a spus:

Prin urmare (cel putin teoretic) un filtru trece banda cu raspuns gaussian ar trebui sa nu produca artefacte de tip "efect de clopot", nu?  Atunci, de ce nu se foloseste un filtru trece banda cu raspuns Gaussian, si in schimb se foloseste trece banda dreptunghiular?  (Vreau sa incerc odata sa vad cum suna la ureche cele doua tipuri de filtre, comparate.  Trebuie sa fie ceva inconvenient la cel gaussian, altfel n-ar mai folosi nimeni brickwall, dar nu ma prind care ar fi inconvenientul).

 

Caracteristica gaussiana rezolva efectul de clopot insa ea prezinta alte neajunsuri proprii pe care astfel  le-ar introduce in echipametele de radiocomunicatii, neajunsuri care pentru niste receptoare sunt mult mai problematice decat insusi efectul de clopot pe care l-ar inlatura.

Filtrele necesare in receptoare sunt filtre de inalta selectivitate. Adica, in afara de atenuare minima si uniforma in banda de trecere, trebuie sa asigure atenuare maxima imediat in afara ei, adica o tranzitie neta si brusca intre banda de trecere si cea de oprire, ceea ce caracteristica gaussiana nu asigura. Deci chiar si daca ai face un filtru gasussian avand o aceeasi largime de banda precum un filtru Cebasev dedicat ca filtru SSB sau CW, cel gaussian nu asigura ceea ce se numeste rejectia canalului adiacent, practic nu este suficient de selectiv, semnale puternice nedorite din afara benzii de trecere (si chiar de departe de ea) pot deranja receptia semnalelor utile din banda de trecere.

 

Caracteristica gaussiana se foloseste in aparatele de masura deoarece prezinta niste proprietati de interes in acele aplicatii. De exemplu prezinta anumite proprietati in ceea ce priveste faza sau puterea de zgomot transmisa in banda de trecere, de aceea se folosesc in receptoarele de masura sau in analizoarele de spectru. Insa daca studiezi cu atentie caracteristicile acestor filtre utilizate de exemplu intr-un analizor de spectru analogic, o sa constati ca acelea nu sunt foarte potrivite ca eventuale filtre de selectivitate in receptoare de radiocomunicatii AM/FM/SSB/CW, datorita selectivitatii lor reduse, factorului de forma nepotrivit si neuniformitatii caracteristicii in banda de trecere (nu este plata).

Ca idee, iata cum arata caracteristica filtrului din analizorul meu. Observa flancurile cu panta redusa tipic gaussiene si factorul de forma (raportul B(-60dB) / B(-6dB)) nepotrivit pentru filtre de selectivitate performante... nu prezinta nici macar acea separare neta intre banda de trecere si cea de oprire(!) atat de necesara pentru filtrele de selectivitate din radiocomunicatii:

 

 

 

In radiocomunicatiile AM/FM/SSB/CW se folosesc filtre de inalta selectivitate, principalul lor rol fiind asigurarea selectivitatii necesare pentru modurile respective de lucru, respectiv atenuarea cat mai mare a canalelor adiacente, trebuind sa asigure o separare neta intre banda de trecere si cea de oprire, deci cu zone de tranzitie cat mai inguste posibil intre banda de trecere si cea de oprire ( flancuri cat mai abrupte si factor de forma cat mai apropiat de 1), ceea ce raspunsul gausssian nu prea asigura . In plus, de exemplu in AM/FM/SSB se doreste si o forma cat mai plata a caracteristicii in banda de trecere, ceea ce caracteristica gaussiana iar nu poate asigura.

 

Ca exemplu comparativ elocvent, acelasi analizor de spectru de mai sus s-a fabricat si intr-o versiune ce include functiile de receptor si analizor de radiocomunicatii, si iata din foaia lui de catalog caracteristicile comparative intre filtrul gaussian utilizat pentru analiza de spectru si unul dintre fitrele special incluse in aceasta versiune pentru a fi utilizate in functionarea sa ca receptor: